【教案】光的衍射+教案-2022-2023學年高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

.5光的衍射〖教材分析〗做好光的衍射現(xiàn)象實驗在本節(jié)課的教學中至關重要，它是學生認識光的衍射的基礎。光的衍射現(xiàn)象進一步證明了光具有波動性，對發(fā)展光的波動理論起了重要的作用。由于衍射現(xiàn)象產生的物理過程分析起來比較復雜，教材只進行了定性分析。在分析產生明顯衍射現(xiàn)象條件的教學中，教師可以通過復習機械波衍射的知識進行對比教學。〖教學目標與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道的衍射概念及產生明顯衍射現(xiàn)象的條件?？茖W思維∶通過對光的衍射現(xiàn)象的分析，對光的直線傳播現(xiàn)象提出質疑，學會從不同角度思考物理問題。科學探究：通過觀察生活中的衍射現(xiàn)象，認識衍射條紋的特征?？茖W態(tài)度與責任∶知道衍射在生產生活以及科學技術中的應用，弘揚科學愛國精神?！冀虒W重難點〗教學重點：知道的衍射概念及產生明顯衍射現(xiàn)象的條件。教學難點：了解干涉圖樣與衍射條紋的區(qū)別?！冀虒W準備〗衍射光柵、兩只一樣的筆等?！冀虒W過程〗一、新課引入（播放視頻手影舞）我們知道，波能夠繞過障礙物發(fā)生衍射。例如，聲音能夠繞過障礙物傳播。既然光也是一種波，為什么在日常生活中我們觀察不到光的衍射，而且常常說“光沿直線傳播”呢？二、新課教學我們已經學過了光的干涉現(xiàn)象，知道光是一種波，那光波能否像機械波一樣發(fā)生衍射呢？（一）光的衍射1.實驗探究這是一個寬度可調節(jié)的夾縫縫，后放一個光屏。用平行單色光照射狹縫，觀察一下屏障所顯示的情況?，F(xiàn)象：開始時狹縫較寬，在屏上會出現(xiàn)一條跟縫寬相當的亮線。說明此時光是直線傳播的。分析：持續(xù)減小縫寬會發(fā)現(xiàn)光明顯偏離直線傳播，進入到陰影區(qū)，屏幕上出現(xiàn)明暗相間的條紋，這就是光的衍射現(xiàn)象。這個實驗說明了光也會發(fā)生衍射現(xiàn)象。如果用白光做上述實驗，得到的條紋是彩色的。這是因為白光中包含了各種顏色的光，衍射時不同色光的亮條紋的位置不同，于是各種色光就區(qū)分開了。思:1：為什么我們平時觀察到的光都是沿直線傳播的呢？這是因為發(fā)生明顯衍射的條件是障礙物或孔的尺寸跟波長差不多，或者比波長小，而可見光的波長極短，只有零點幾微米，通常障礙物的寸都比他大的多。因此很難看到光的衍射現(xiàn)象。思考2：那是不是尺寸較大的物體不會發(fā)生光的衍射？這是在光線比較暗的環(huán)境拍攝的，能夠看出針尖的邊緣光發(fā)生了衍射，致使他的輪廓模糊不清，并出現(xiàn)了明暗相間的條紋。這就證明對于任何形狀和大小的物體都存在光的衍射現(xiàn)象，只是不夠明顯而已。其實在生活中也有很多衍射現(xiàn)象的發(fā)生，比如日出時太陽光穿過大氣層的厚度較大，由于紅光與紫光的波長長，紅光更容易發(fā)生衍射，從而繞過大氣層中的微小障礙物，這樣日出時的太陽看起來就是火紅色的，包括紅色的火燒云也是這個原理。總結：衍射現(xiàn)象不明顯，近似認為光是沿直線傳播的。衍射現(xiàn)象十分明顯，就不能說光沿直線傳播。2.單縫衍射條紋特點如圖單色光經過夾縫會產生衍射圖樣，經測定，此時狹縫寬度0.8mm。如果將狹縫寬度減小到0.4mm，就會出現(xiàn)這樣的衍射圖樣。明顯他的中心明條紋更寬，也就是說對于波長相同的單色光夾縫越窄條紋的寬度越寬。即①λ相同，縫寬越小，條紋越寬如果將紅光換成藍光，夾縫寬度保持0.4mm不變，就會出現(xiàn)這樣的明條紋。從圖樣中不難看出，紅光的衍射條紋明顯比藍光寬，而紅光波長大于藍光波長即②縫寬相同，λ越長，條紋越寬你已經學過了，機械過的衍射，當夾縫越窄時衍射現(xiàn)象越明顯，而機械波的波長越大時，衍射現(xiàn)象也越明顯。即無論是機械波還是光波，在發(fā)生衍射時，性質都是相同的。課堂觀察：準備兩支筆，然后透過兩支筆之間的夾縫去觀察日光燈。在縫隙足夠窄的情況下，同樣能觀察到光的衍射現(xiàn)象，而這種處于均夾縫的彩色條紋外紅內藍不就正好符合衍射現(xiàn)象的規(guī)律。3.衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象的比較衍射現(xiàn)象干涉現(xiàn)象相同點明暗相間的的條紋，且中間條紋都是明條紋波長越長，條紋寬度越寬縫寬越窄，條紋越寬不同點中間條紋寬，兩邊條紋窄等間距條紋（二）衍射光柵原因：單縫衍射的圖像都不夠清晰，很難進行精確測量。為了增加清晰度，科學家們試著增加擋板上狹縫的條數，從而得到更清晰的圖樣，方便進行測量。原理：增加狹縫的個數，衍射條紋的寬度將變窄，亮度將增加。衍射光柵：許多等寬狹縫形成的光學儀器。①透射光柵透射光柵是用金剛石在玻璃上刻出等間距的刻痕處，因為漫反射，而不透光相當于障礙物，沒有刻痕的地方透光相當于狹縫，這樣就形成了透光光柵。②反射光柵反射光柵是在高反射率的金屬上利用反光形成的，光柵的間距很小，一般與可見光波長差不多?？茖W漫步：一、泊松亮斑趣事（播視頻）1818年，法國的巴黎科學院為了鼓勵對衍射問題的研究，懸賞征集這方面的論文。一位年輕的物理學家菲涅耳在論文中按照波動說深入研究了光的衍射。二、X射線衍射與雙螺旋晶體中原子的排列是規(guī)則的，原子間距X射線波長接近。這使得X射線照射在晶體上會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。衍射圖樣中斑點的強度和位置包含著有關晶體的大量信息。因此，人們可以利用X射線衍射探測晶體的結構。課堂練習例1：在單縫衍射實驗中，下列說法正確的是()A．將入射光由黃光換成綠光，衍射條紋間距變窄B．使單縫寬度變小，衍射條紋間距變窄C．換用波長較長的光照射，衍射條紋間距變寬D．增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距變寬E．條紋間距與單縫到屏的距離無關解析：當單縫寬度一定時，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯，即光偏離直線傳播的路徑越遠，條紋間距也越大，A，C正確；當光的波長一定時，單縫寬度越小，衍射現(xiàn)象越明顯，條紋間距越大，B錯誤；光的波長一定、單縫寬度也一定時，增大單縫到屏的距離，衍射條紋間距也會變寬，D正確，E錯誤。例2：如圖所示的4幅明暗相間的條紋,分別是紅光經過間距不同的雙縫及寬度不同的單縫所形成的。則下面的四幅圖(甲、乙、丙、丁)依次對應的是()A.雙縫寬間距,雙縫窄間距,寬單縫,窄單縫B.雙縫窄間距,雙縫寬間距,窄單縫,寬單縫C.寬單縫,窄單縫,雙縫寬間距,雙縫窄間距D.窄單縫,寬單縫,雙縫窄間距,雙縫寬間距解析：雙縫干涉的圖樣是明暗相間的干涉條紋,亮(暗)條紋等間距,故甲、乙兩圖是雙縫干涉圖樣;根據雙縫干涉條紋間距公式Δx=λ可知,雙縫間距越小,Δx越大,故甲是雙縫寬間距,乙是雙縫窄間距。單縫衍射條紋是中間明亮且寬大,越向兩側條紋寬度越小越暗,而單縫越窄,中央亮條紋越寬,故丙是寬單縫,丁是窄單縫。綜上可知,選A。例3：下列現(xiàn)象中,屬于光的衍射現(xiàn)象的是()A.雨后天空出現(xiàn)彩虹B.通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋C.鍍膜后,望遠鏡的鏡頭透入光的亮度增強D.醫(yī)院手術室使用無影燈解析：雨過天晴時,在天空常出現(xiàn)彩虹,這是太陽光通過懸浮在空氣中細小的水珠折射而形成的,A錯誤;通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋,屬于單縫衍射,B正確;照相機、望遠鏡的鏡頭表面常常鍍一層透光的膜,即增透膜,增透膜利用的是光的干涉,故C錯誤;醫(yī)院手術室使用無影燈利用的是光的直線傳播,故D錯誤。例4：可見光的波長是微米數量級的，人眼的瞳孔的直徑是毫米數量級的。假想有一種眼睛的瞳孔是微米數量級的，視網膜非常靈敏，能感覺非常微弱的光線，這時所看到的外部世界將是一幅什么景象？解析：可見光的波長是微米數量級的，若眼睛的瞳孔直徑也是微米數量級的，則瞳孔處會發(fā)生明顯的衍射，所有光源都會變得模糊，也就無法清晰成像，這時所看到的外部世界將是模糊一片，出現(xiàn)明暗相間的條紋景象?！及鍟O計〗4.5光的衍射一、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸跟波長差不多，或者比波長小。2.單縫衍射條紋特點：①λ相同，縫寬